有个非常有趣的杂技——肉弹,它的表演是这样的:准备一门大炮,然后把演员放到里面,它就会把演员像炮弹一样呈弧线打到30 米远的网子上(图4-4)。
图4-4 杂技的“肉弹”演出现场
当然这只是一个表演用的道具,并不是真正的大炮。虽然演出时大炮的炮口上也会冒出烟雾,但并不是真的有火药爆炸把演员打出去。烟雾只是起到一个让观众吃惊的效果而已,这会让观众产生一种错觉,火药爆炸把演员打了出来。但是真正把演员打出来的是弹簧,放烟雾只是增强演出效果。
莱涅特是一个很有名的肉弹表演者,下面是他给出的有关这个杂技节目的图解(图4-5)和数据:
图4-5 肉弹演出的图解
大炮的仰角——70°;
弹出的最大高度——19 米;
大炮的长度——6 米。
对于演员的身体在这个表演中所感受到的特别感受,应当引起我们的注意。在发射开始时,演员的身体会感受到一股外来的压力,它好像使自己的重量增加了。随后演员又好像完全失去了重力似的,最后降落的瞬间他还会有体重增加的感觉。对于身体健康者来说,演员以上的所有经历对身体是不会有伤害的。同样如此,宇航员乘坐火箭飞向太空,也会产生这样的感受。所以以上的这些很值得我们好好地研究。
宇航员会在宇宙飞船的发动机为飞船加速的短时间内,感受到自己体重的增加。宇航员的失重状态是在进入轨道后,此时的发动机是关闭的。我们都听说过,作为苏联第二枚人造卫星的特别乘客莱卡就亲身经历了火箭加速时的超重和卫星在轨道上运行时的失重状态,成了一只有名的狗。
再让我们看一看这个杂技表演的演员。
当表演开始,演员在炮膛里面还没有被打出来的时候,人造引力的大小其实已经引起我们研究的兴趣了。只要知道了演员在炮膛里的加速度,就可以知道这个引力的大小。求加速度,就应当弄清楚演员所走路途的远近,也就是炮膛的长度,还要有走这段路的速度。炮膛的长度为6 米。根据这个演员被抛高19 米,和前面的所学公式:,速度也是可以求出来的。其中t 表示上升所需时间,v 表示开始速度,α 表示被抛出的角度,a 表示加速度。当然高度h 就是19 米。
根据:
求出速度v 得:
然后把g=9.8 米/秒2,α=70°,h=19 米代入公式,得:
20.6 米/秒就是演员的身体离开大炮的初速度,再根据公式v2=2as 可以求出演员脱离炮口的加速度:
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35 米/秒2 就是演员的加速度,和普通时刻的重力加速度相比,是它的3.5 倍。所以在被弹射出的刹那间,演员会感到自己的体重增加了,除了本身具有的重力,还要有人为的部分[3](原有重力的3.5 倍),总共是原来的4.5倍的力量。
这增加的重力什么时候消失呢?根据公式:
可以计算得出:
得:
因此说,在0.6 秒的时间里,演员自己所感觉到的体重会是300 千克,而不是自己原来的体重。
在表演的第二阶段,演员在失重的状态下飞行。他会有多长的时间感觉不到自己的重量,这个时间的长短应当是我们考虑的重点。
有关飞行时间的计算公式,我们在前面的内容中已经学过了。
代入所有已知的数值,时间t 就是:
也就是说会有将近4 秒钟的时间里,演员感觉不到自己的重量。
和表演开始时一样,在最后阶段的研究重点还是人造力量的大小以及持续时间。如果网子的高度和炮口相同,演员开始的速度就是他落到网子上的速度。在实际表演中我们会把网子放的位置略低于炮口。这样做其实对速度影响不大,为了简化计算,我们对这个影响忽略不计,所以演员到达网子的速度就是20.6米/秒,假定网子在演员的撞击下,下沉1.5 米。也就是说,经过了1.5 米的距离,速度由20.6 米/秒变为了0。我们假设这个过程中的加速度是不变的,就可以在公式v2=2as 中代入数值:
20.62=2a×1.5
计算得出加速度:也就是说,演员以141 米/秒2 相当于约14 倍的重力加速度冲入了网子里,这就是他感到自己体重增加的原因。这样的情形持续的时间非常短,只用了:
正是由于时间非常短,所以这个演员能承受住自己原来15 倍的重力。如果持续时间延长,即使他经过艰苦的锻炼,也不可能经受得起。这相当于几乎1 吨的重量压在一个体重只有70 千克的人身上,如果他承受的压力时间稍长,他的肌肉力量就会承受不起,以至于使他不能呼吸,甚至被压死。
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